Firma Maxim jest producentem wielu interesujących układów specjalizowanych, a wśród nich kilku typów procesorów przeznaczonych do stosowania w autonomicznych ładowarkach akumulatorów.
W artykule przedstawiamy opis konstrukcji bardzo prostej, a przy tym użytecznej ładowarki akumulatorów NiCd i NiMH, którą wykonano na bazie układu MAX713. Umożliwia ona szybkie naładowanie akumulatorów i ich długotrwałe podładowywanie, prądem o znacznie mniejszej wartości, dzięki czemu będą one w każdej chwili w pełnej gotowości do pracy.
Układ MAX713 jest prawdziwym „kombajnem” zoptymalizowanym do stosowania w autonomicznych, szybkich ładowarkach akumulatorów NiCd i NiMH. W opisywanym urządzeniu wykorzystano najprostszą z możliwych aplikację układu MAX713, co jednak nie ogranicza możliwości ładowarki i nie powoduje pogorszenia parametrów ładowania.
W prezentowanym urządzeniu nie zastosowano zintegrowanego z ładowarką zasilacza sieciowego. Zamiast niego zalecane jest stosowanie standardowych zasilaczy ściennych, co pozwala na znaczne obniżenie kosztu wykonania układu, nie zmniejszając jego użyteczności.
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 1. Układ US1 jest „sercem” ładowarki – integruje w swoim wnętrzu następujące elementy:
- programowany timer odmierzający czas ładowania,
- programowany detektor temperatury akumulatorów (korzysta z zewnętrznego czujnika rezystancyjnego),
- detektor zmian napięcia ładowanego ogniwa,
- programowany detektor aktualnego stanu ogniwa,
- logikę sterującą buforem prądowym,
- układy zabezpieczające przed zbyt niskim napięciem zasilania, przekroczeniem dopuszczalnego progu prądu ładowania i przekroczeniem czasu ładowania.
Rolę bufora prądowego w opracowanej przez nas ładowarce spełnia tranzystor mocy T1 (w jego miejsce można zastosować niemal dowolny tranzystor mocy PNP, o prądzie kolektora powyżej 1 A i wzmocnieniu min. 30). Baza tranzystora T1 sterowana jest z wyjścia US1 oznaczonego DRV. Prąd ładowania z kolektora T1 przepływa przez diodę separującą D3 do akumulatorów dołączonych do wyjścia ładowarki (wyprowadzenia „+OUT” i „-OUT”). Zastosowanie tej diody zapobiega możliwości rozładowania się akumulatorów pozostawionych w ładowarce po odłączeniu zasilacza sieciowego.
Programowanie układu odbywa się poprzez zmianę poziomu napięcia na wejściach PGM0..3. Są to wejścia wykrywające jeden z czterech poziomów napięcia: odłączone (OPEN), dołączone do plusa zasilania (V+), dołączone do napięcia odniesienia (REF) i dołączone do minusa akumulatora (BATT-). Wejścia PGM0 oraz PGM1 pozwalają ustalić jaką ilość ogniw będziemy ładować (1..16 – patrz tab. 1). Wejścia PGM2 i PGM3 umożliwiają wybranie czasu ładowania akumulatorów w zakresie 22..264 minut (tab. 2), wejście PGM3 pozwala ponadto ustalić stosunek natężenia prądu szybkiego ładowania do prądu podładowania (tab. 3). Na płytce drukowanej układu przewidziano miejsce na wykonanie prostej matrycy programującej. Programowanie odbywa się na drodze łączenia wejść z szynami napięć V+, BATT-, REF oraz OPEN.
Ładowarka opisana w artykule jest niezwykle elastyczna, poprzez prostą zmianę wartości niektórych elementów można ją dostosować do ładowania wielu typów akumulatorów. Należy rozpocząć od ustalenia żądanej wartości prądu szybkiego ładowania, najlepiej zrobić to zgodnie z zależnością:
Iszbk_ład=(pojemność akumulatorów [mAh])/(czas ładowania [h]). Pojemności wszystkich dołączonych do wyjścia ładowarki akumulatorów muszą być jednakowe!
Następnie ustalamy jaką ilość akumulatorów chcemy ładować – wejścia PGM0 i PGM1 należy skonfigurować zgodnie z tab. 1.
Następnie obliczamy wymagane napięcie zasilania ładowarki, jego minimalna wartość wynosi:
U+INP=1.5+(1.9xilość ładowanych akumulatorów) [V].
Wartość rezystora czujnika prądowego obliczamy ze wzoru:
R6=0.25/Iszybk_ład [?].
Ostatnim elementem, którego wartość musimy dobrać jest rezystor R3, ograniczający pobór prądu przez układ US1. Najłatwiej jest ją policzyć z zależności:
R3=(U+INP-5)/(5..20) [?].
W mianowniku tego wzoru znajduje się wartość prądu płynącego przez strukturę układu US1.
Modelowe urządzenie przystosowano do ładowania akumulatorów prądem Iszybk_ład=500 mA. W zależności od wybranego czasu ładowania układ można wykorzystać do regeneracji szerokiej gamy ogniw NiCd.
Napięcie zasilania, które jest zalecane dla elementów o wartościach jak na rys. 1, wynosi 12 V (pod obciążeniem) i umożliwia ładowanie do 5 szt. ogniw jednocześnie.
Schemat montażowy płytki drukowanej ładowarki przedstawiono na rys. 2.
Rys. 1. Schemat elektryczny
Rys. 2. Schemat montażowy od strony elementów
